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公開番号2024137537
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-07
出願番号2023049092
出願日2023-03-24
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】信頼性が向上する半導体装置を提供する。
【解決手段】第1の面と第2の面とを有し、第2の面の側から順に、第1導電形の第1の炭化珪素領域、第2導電形の第2の炭化珪素領域、第2導電形の第2の炭化珪素領域、第1導電形の第4の炭化珪素領域が設けられた炭化珪素層と、第1の方向に延びる第1のゲート電極及び第2のゲート電極と、第1のゲート電極と第2のゲート電極との間に位置し、第3の炭化珪素領域及び第4の炭化珪素領域に接する第1の部分と、第1のゲート電極と第2のゲート電極との間に位置し、第1の部分の第1の方向に設けられ、第1の炭化珪素領域に接する第2の部分と、を含む第1の電極と、炭化珪素層の第2の面の側の第2の電極と、を備える。第4の炭化珪素領域に対向する第2の炭化珪素領域の深さは、第1のゲート電極に対向する第2の炭化珪素領域の深さよりも浅い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する炭化珪素層であって、
第１導電形の第１の炭化珪素領域と、
前記第１の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられた第２導電形の第２の炭化珪素領域と、
前記第２の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第２の炭化珪素領域の第２導電形不純物濃度よりも第２導電形不純物濃度の高い、第２導電形の第３の炭化珪素領域と、
前記第２の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第１の面に接する第１導電形の第４の炭化珪素領域と、
を含む炭化珪素層と、
前記第１の面に平行な第１の方向に延び、前記第２の炭化珪素領域と対向した第１のゲート電極と、
前記第１の方向に延び、前記第１のゲート電極に対し前記第１の面に平行で前記第１の方向に垂直な第２の方向に設けられ、前記第２の炭化珪素領域と対向した第２のゲート電極と、
前記第２の炭化珪素領域と前記第１のゲート電極との間に設けられた第１のゲート絶縁層と、
前記第２の炭化珪素領域と前記第２のゲート電極との間に設けられた第２のゲート絶縁層と、
前記炭化珪素層の前記第１の面の側に設けられた第１の電極であって、
前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間に設けられ、前記第３の炭化珪素領域及び前記第４の炭化珪素領域に接する第１の部分と、
前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間に設けられ、前記第１の部分の前記第１の方向に設けられ、前記第１の炭化珪素領域に接する第２の部分と、
を含む第１の電極と、
前記炭化珪素層の前記第２の面の側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の炭化珪素領域は、第１の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第３の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第４の領域と、を有し、
前記第２の領域の第１導電形不純物濃度は、前記第１の領域の第１導電形不純物濃度よりも高く、
前記第３の領域の第１導電形不純物濃度は、前記第１の領域の前記第１導電形不純物濃度よりも高く、
前記第２の炭化珪素領域は、前記第１のゲート電極に対向する第５の領域と、前記第２のゲート電極に対向する第６の領域と、前記第５の領域と前記第６の領域との間に設けられ前記第５の領域の深さ及び前記第６の領域の深さよりも深さの浅い第７の領域と、を有し、
前記第２の領域は、前記第１の領域と前記第５の領域との間に設けられ、
前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第６の領域との間に設けられ、
前記第４の領域は、前記第１の領域と前記第７の領域との間に設けられる、半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第４の領域の第１導電形不純物濃度は、前記第１の領域の前記第１導電形不純物濃度よりも高い、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第４の領域の前記第１導電形不純物濃度は、前記第２の領域の前記第１導電形不純物濃度よりも高く、
前記第４の領域の前記第１導電形不純物濃度は、前記第３の領域の前記第１導電形不純物濃度よりも高い、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第４の領域の前記第１導電形不純物濃度は、前記第２の領域の前記第１導電形不純物濃度の２倍以上であり、
前記第４の領域の前記第１導電形不純物濃度は、前記第３の領域の前記第１導電形不純物濃度の２倍以上である、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第５の領域の前記深さは、１．５μｍ以上であり、
前記第６の領域の前記深さは、１．５μｍ以上である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第７の領域の前記深さは、前記第５の領域の前記深さの２分の１以下であり、
前記第７の領域の前記深さは、前記第６の領域の前記深さの２分の１以下である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の方向に延び、前記第２のゲート電極に対し前記第２の方向に設けられ、前記第１のゲート電極との間に前記第２のゲート電極が設けられた第３のゲート電極と、
第３のゲート絶縁層とを、更に備え、
前記炭化珪素層は、
前記第１の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第２の炭化珪素領域に対し前記第２の方向に離隔した第２導電形の第５の炭化珪素領域と、
前記第５の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第５の炭化珪素領域の第２導電形不純物濃度よりも第２導電形不純物濃度の高い、第２導電形の第６の炭化珪素領域と、
前記第５の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第１の面に接する第１導電形の第７の炭化珪素領域と、
を更に含み、
前記第２のゲート電極は、前記第５の炭化珪素領域と対向し、
前記第２のゲート絶縁層は、前記第５の炭化珪素領域と前記第２のゲート電極との間に設けられ、
前記第３のゲート電極は、前記第５の炭化珪素領域と対向し、
前記第３のゲート絶縁層は、前記第５の炭化珪素領域と前記第３のゲート電極との間に設けられ、
前記第１の電極は、前記第２のゲート電極と前記第３のゲート電極との間に設けられ、前記第６の炭化珪素領域及び前記第７の炭化珪素領域に接する第３の部分を、更に含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第５の領域と前記第６の領域との間の前記第２の方向の距離は、
前記第２の炭化珪素領域と前記第５の炭化珪素領域との間の前記第２の方向の距離よりも大きい、請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の部分の前記第２の方向に、前記第３の部分が位置する、請求項７記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１のゲート電極は、前記第１の面において前記第２の炭化珪素領域と対向し、
前記第２のゲート電極は、前記第１の面において前記第２の炭化珪素領域と対向する、請求項１記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス用の材料として炭化珪素がある。炭化珪素はシリコンと比較して、バンドギャップが約３倍、破壊電界強度が約１０倍、熱伝導率が約３倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば、例えば、高耐圧、低損失かつ高温動作可能なＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）を実現することができる。
【０００３】
炭化珪素を用いた縦形のＭＯＳＦＥＴは、内蔵ダイオードとしてｐｎ接合ダイオードを有する。例えば、ＭＯＳＦＥＴは誘導性負荷に接続されたスイッチング素子として用いられる。この場合、ＭＯＳＦＥＴがオフ状態であっても、ｐｎ接合ダイオードを用いることで還流電流を流すことが可能となる。
【０００４】
しかし、バイポーラ動作するｐｎ接合ダイオードを用いて還流電流を流すと、キャリアの再結合エネルギーにより炭化珪素層中に積層欠陥が成長する。炭化珪素層中に積層欠陥が成長すると、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が増大するという問題が生ずる。ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の増大は、ＭＯＳＦＥＴの信頼性の低下を招く。例えば、ＭＯＳＦＥＴに内蔵ダイオードとしてユニポーラ動作するＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉｅｒＤｉｏｄｅ（ＳＢＤ）を設けることで、炭化珪素層中の積層欠陥の抑制が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－４８９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、信頼性が向上する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の半導体装置は、第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、を有する炭化珪素層であって、第１導電形の第１の炭化珪素領域と、前記第１の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられた第２導電形の第２の炭化珪素領域と、前記第２の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第２の炭化珪素領域の第２導電形不純物濃度よりも第２導電形不純物濃度の高い、第２導電形の第３の炭化珪素領域と、前記第２の炭化珪素領域と前記第１の面との間に設けられ、前記第１の面に接する第１導電形の第４の炭化珪素領域と、を含む炭化珪素層と、前記第１の面に平行な第１の方向に延び、前記第２の炭化珪素領域と対向した第１のゲート電極と、前記第１の方向に延び、前記第１のゲート電極に対し前記第１の面に平行で前記第１の方向に垂直な第２の方向に設けられ、前記第２の炭化珪素領域と対向した第２のゲート電極と、前記第２の炭化珪素領域と前記第１のゲート電極との間に設けられた第１のゲート絶縁層と、前記第２の炭化珪素領域と前記第２のゲート電極との間に設けられた第２のゲート絶縁層と、前記炭化珪素層の前記第１の面の側に設けられた第１の電極であって、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間に設けられ、前記第３の炭化珪素領域及び前記第４の炭化珪素領域に接する第１の部分と、前記第１のゲート電極と前記第２のゲート電極との間に設けられ、前記第１の部分の前記第１の方向に設けられ、前記第１の炭化珪素領域に接する第２の部分と、を含む第１の電極と、前記炭化珪素層の前記第２の面の側に設けられた第２の電極と、を備え、前記第１の炭化珪素領域は、第１の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第３の領域と、前記第１の領域と前記第２の炭化珪素領域との間に設けられた第４の領域と、を有し、前記第２の領域の第１導電形不純物濃度は、前記第１の領域の第１導電形不純物濃度よりも高く、前記第３の領域の第１導電形不純物濃度は、前記第１の領域の前記第１導電形不純物濃度よりも高く、前記第２の炭化珪素領域は、前記第１のゲート電極に対向する第５の領域と、前記第２のゲート電極に対向する第６の領域と、前記第５の領域と前記第６の領域との間に設けられ前記第５の領域の深さ及び前記第６の領域の深さよりも深さの浅い第７の領域と、を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域と前記第５の領域との間に設けられ、前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第６の領域との間に設けられ、前記第４の領域は、前記第１の領域と前記第７の領域との間に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の模式上面図。
第１の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の拡大模式上面図。
第１の実施形態の半導体装置の等価回路図。
比較例の半導体装置の拡大模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第１の実施形態の半導体装置の作用及び効果の説明図。
第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の模式上面図。
第２の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。
第２の実施形態の半導体装置の拡大模式上面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する場合がある。
【００１０】
また、以下の説明において、ｎ
＋
、ｎ、ｎ
－
及び、ｐ
＋
、ｐ、ｐ
－
の表記がある場合、それらの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちｎ
＋
はｎよりもｎ形不純物濃度が相対的に高く、ｎ
－
はｎよりもｎ形不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、ｐ
＋
はｐよりもｐ形不純物濃度が相対的に高く、ｐ
－
はｐよりもｐ形不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、ｎ
＋
形、ｎ
－
形を単にｎ形、ｐ
＋
形、ｐ
－
形を単にｐ形と記載する場合もある。
（【００１１】以降は省略されています）

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